В настоящее время становится очевидным, что основным путем рассмотрения строения неорганических соединений является метод молекулярных орбиталей, причем это относится как к сложным теоретическим расчетам свойств молекул, так и к их качественному описанию. Однако ознакомлению химиков-неоргаников с этим методом рассмотрения строения молекул до сих пор препятствовало отсутствие книг, в которых такой подход был бы проведен последовательно. Упоминания о методе молекулярных орбиталей можно найти теперь почти в каждой книге, посвященной строению и физическим методам исследования молекул. Но обычно излагаются представления и о ионной связи, и о методе валентных связей, и лишь затем оставшееся небольшое число страниц (или строк) предоставляют для рассмотрения метода молекулярных орбиталей. Такой исторический подход плох тем, что при этом создается неправильное представление об относительной роли этих теорий.
Книга Грея полностью посвящена методу молекулярных орбиталей в его качественном аспекте. Во-первых, она отличается новизной изложения от обычных книг; во-вторых, благодаря тому, что автор ограничился только качественным рассмотрением, изложение вполне доступно даже для неподготовленного читателя. Это дает основания рекомендовать книгу Грея самым широким кругам химиков (особенно химиков-неоргаников) и в -первую очередь тем, кто преподает неорганическую химию. На наш взгляд, эта книга — незаменимое пособие в начатой перестройке преподавания химии в высшей и даже средней школе, которое должно базироваться на учении о строении молекул.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .................... 5
Предисловие автора ................. '
Глава I. Электроны в атомах............. 9
1-1. Предварительные замечания ......... 9
1-2. Строение атома водорода по Бору (1913 г.) ... 9
1-3. Спектр атома водорода........... 12
1-4. Необходимость усовершенствования теории Бора . 17
1-5. Электронные волны............. 17
1-6. Принцип неопределенности.......... 19
1-7. Волновая функция............. 20
1-8. Волновое уравнение Шредингера....... 21
1-9. Постоянная нормировки........... 22
1-10. Радиальная часть волновой функции...... 22
1-11. Угловая часть волновой функции ,...... 22
1-12. Орбитали............... 23
1-13. Спин электрона.............. 28
1-14. Теория многоэлектронных атомов....... 28
1-15. Термы Расселла — Саундерса......... 31
1-16. Потенциалы ионизации........... 37
1-17. Сродство к электрону ........... 45
Дополнительные упражнения........... 47
Глава II. Двухатомные молекулы............ 48
2-1. Ковалентная связь............. 48
2-2. Теория молекулярных орбиталей....... 51
2-3. Связывающие и разрыхляющие молекулярные
орбитали................. 52
2-4. Энергетические уровни молекулярных орбиталей . 54
2-5. Молекула водорода............,59
2-6. Длины связей в Н^ и Н2 ......... 60
2-7, Энергии связей в Н 2-8. Магнитные свойства Н^ и Н2....... , . 61
2-9. Гомонуклеарные двухатомные молекулы элементов
второго периода периодической системы .... 62
2-10. Другие молекулы А%............. 73
2-11. Символы термов линейных молекул ...... 75
2-12. Гетеронуклеарные двухатомные молекулы .... 79
2-13. Схема энергетических уровней МО гидрида
лития LiH................ 82
2-14. Основное состояние LiH.......... , 83
2-15. Дипольные моменты............ 84
2-16. Электроотрицательность........... 85
2-17. Ионная связь.............. . 88
2-18. Простая ионная модель галогенидов щелочных
металлов................. 91
2-19. Общий случай молекулы АВ......... 94
Дополнительные упражнения........... 100
Глава III. Линейные трехатомные молекулы........102
3-1. Молекула ВеН2 ..............102
3-2. Энергетические уровни молекулы ВеНг.....104
3-3. Теория валентных связей в применении к ВеНг . . 109 3-4. Линейные трехатомные молекулы с Л-связями . . НО
3-5. Характеристика связей в молекуле ССЬ.....115
3-6. Ионные трехатомные молекулы. Галогениды щелочноземельных металлов...........116
Дополнительные упражнения...........119
Глава IV. Плоские треугольные молекулы........120
4-1. Молекула BF3...............120
4-2. Молекулярные ст-орбитали ..........121
4-3. Молекулярные я-орбитали..........124
4-4. Энергетические уровни молекулы BF3.....125
4-5. Эквивалентность ах- и аы-орбиталей ...... 127
4-6. Основное состояние молекулы ВРз.......128
4-7. Молекула BF3 в методе валентных связей .... 130
4-8, Другие плоские треугольные молекулы ..... 131
Дополнительные упражнения...........133
Глава V. Тетраэдрические молекулы...........134
5-1. Молекула СН^ :.............. 134
5-2. Основное состояние молекулы СШ ....... 137
5-3. Углы в тетраэдре.............138
5-4. Молекула СН4 в методе валентных связей .... 139
5-5. Другие тетраэдрические молекулы.......140
Дополнительные упражнения...........142
Глава VI. Молекулы, имеющие форму тригональной пирамиды 143
6-1. Молекула МН3...............143
6-2. Перекрывание в а*-, а„- и ovMO.......146
6-3. Отталкивание между электронами и углы между
связями Н—N—Н в молекуле NH3.......149
6-4. Углы между связями в других молекулах, построенных в виде тригональной пирамиды ...... 151
6-5. Основное состояние молекулы NH3.......152
Дополнительные упражнения...........154
Глава VII. Угловые трехатомные молекулы........155
7-1. Молекула Н2О.............- 155
7-2. Основное состояние молекулы Н2О.......159
7-3. Угловые трехатомные молекулы с jt-связями.
Молекула NO2...............162
7-4. о-Орбитали ...............164
7-5. л-Орбиталк...............164
7-6. Основное состояние молекулы NO2.......164
Дополнительные упражнения...........167
Глава VIII. Связи в молекулах органических соединений . . . 168
8-1. Введение.................168
8-2. Молекула С2Н4 ............... 169
8-3. Энергетические уровни молекулы СлН4 .... 171
8-4. Основное состояние молекулы С2Н4......171
8-5. Молекула этилена с «изогнутыми» связями . . . 173
8-6. Характеристика двойной связи С = С......'74
8-7. Значение (^й в молекуле С2Н4.........176
8-8. Молекула формальдегида НЭСО........176
8-9. Основное состояние молекулы Н2СО......176
8-Ю. Переходы «-^я(|азР карбонильной группы .... 178
8-11. Молекула ацетилена С2Н2 .......... 179
8-12. Основное состояние молекулы С2Н2 ...... 179
8-13. Молекула CH3CN............180
8-14. Молекула С6Н6.............,180
8-15. Энергии молекулярных орбиталей C5HS.....184
8-16. Основное состояние молекулы C6HS ...... 185
8-17. Энергия резонанса в молекуле С6Н6......186
Дополнительные упражнения , .........187
Глава IX. Связи с участием валентных (/-орбиталей . . , . 188
9-1. Введение . ,...............188
9-2. Октаэдрический комплексный ион Ti(HzO)g"*" . . .188
9-3. Энергетические уровни иона TifH^O^"*".....191
9-4. Основное состояние иона Ti(H2O)6+ .....193
9-5. Электронный спектр иона Ti (Н^О)-4".....195
9-6. Описание иона Ti (Н^О)^ методом ВС .... 196 9-7. Описание иона Ti(N2O)6+ с помощью теории кристаллического поля.............197
9-8. Соответствие между результатами, полученными с помощью теории молекулярных орбиталей, теории валентных связен и теории кристаллического поля 200 9-9. Типы л-связывания в комплексных соединениях . . 201
9-10. Плоские квадратные комплексы........203
9-Н. Тетраэдрические комплексы..........207
9-12. Значение Д................209
9-13. Магнитные свойства комплексов. Лиганды слабого и
сильного поля...............214
9-14. Электронные спектры октаэдрических комплексов . 218 Дополнительные упражнения...........225
Заключение..................226
Рекомендуемая литература , , . .........227
Физические константы..............228
Приложение. Энергии ионизации атомных орбиталей . . 229
